Bisherige Forschungstätigkeit

Der Schwerpunkt meiner laufenden Forschungstätigkeit liegt auf dem Gebiet der Quantenfeldtheorie, insbesondere bei der Entwicklung verbesserter störungstheoretischer Methoden für Eichtheorien bei endlicher Temperatur in Hinblick auf Anwendungen auf die Quantenchromodynamik (Quark-Gluon-Plasma) und die Physik des frühen Universum (kosmologische Störungen).

Meine bisherige Forschungstätigkeit erstreckte sich auch auf etwas formaler orientierte Problemstellungen aus dem Gebiet von Eichfeld- und Stringtheorien, von denen im folgenden die wichtigsten zusammengefaßt sind. (Die Zitate beziehen sich hierbei auf die Nummern der Publikationsliste.)

Eichfeld- und Stringtheorien

Hintergrundfeldeichungen und manifest eichinvariante effektive Wirkung

In der Störungstheorie quantisierter Eichtheorien ergibt sich durch die Notwendigung, die lokale Eichsymmetrie zu fixieren, die technische Komplikation der Eichabhängigkeit fast aller intermediären Größen und über die Abhängigkeit vom Renormierungsschema auch von Endergebnissen, welche zwar formal von höherer Ordnung, praktisch aber dennoch bedeutsam sein kann. Eine bedeutende Verbesserung kann hierbei durch die Verwendung von Eichbedingungen erreicht werden, die kovariant bezüglich von klassischen Hintergrundfeldern sind. Diese Methode wurde Anfang der 80er-Jahre für Mehrschleifenrechnungen weiterentwickelt und meine erste wissenschaftliche Publikation [1] befaßte sich mit einem Beweis der S-Matrix-Äquivalenz dieser neuen Methode, die durch die existierende Literatur ungenügend abgeklärt erschien.

In weiteren Arbeiten beschäftigte ich mich mit der Verknüpfung dieser formal ansprechenden Methode mit den für ``praktische'' Rechnungen interessierenden Renormierungsschemata [2] sowie mit einer besonderen Klasse von Eichbedingungen, den axialen Eichungen, die wie in [1] bemerkt, als Spezialfall einer Hintergrundfeldeichung verstanden werden können [4,5,13,14], und auch Verallgemeinerungen auf supersymmetrische Theorien [3,8,9].

Eine über den herkömmlichen Formalismus noch weiter hinausgehende Entwicklung stellt die manifest eichunabhängige effektive Wirkung von G. A. Vilkovisky und B. S. DeWitt dar, die von diesen Mitte der 80er-Jahre im Zusammenhang mit der Quantengravitation entwickelt worden war und deren Anwendung ich als einer der ersten für Yang-Mills-Theorien untersuchte [7,10,12,15,17,18].

Eichfixierung von (Super-)Stringtheorien

In Zusammenarbeit mit U. Kraemmer wurde weiters der Komplex Eichfixierungsabhängigkeiten auf dem Gebiet der Stringtheorien bearbeitet. Hier findet sich eine interessante Abhängigkeit der für eine konsistente Quantisierung entscheidenden Anomalien von der Fixierung der lokalen Stringweltflächensymmetrien. Besonders interessant erschien hier eine gewisse Zeit die harmonische Eichung [11], von der wir allerdings zeigen konnten, daß die in dieser Eichung verschwindende Geisterstromanomalie bloß in einen anderen Sektor der Theorie verschoben werden kann. Dieses Phänomen wurde in [16] systematisch in verschiedenen Verallgemeinerungen untersucht.

Eine weitere Aktivität betraf die Aufklärung der Struktur von Stringweltflächenanomalien in einer speziellen, vielversprechend erscheinenden nicht-kovarianten Formulierung des Green-Schwarz-Superstring [22,25].

Quantenfeldtheorien bei endlicher Temperatur

Yang-Mills-Theorien / Quark-Gluon-Plasma

Bis Anfang der 90er-Jahre blieb ungeklärt und umstritten, wie eine konsistente Störungstheorie von Eichfeldtheorien bei hohen Temperaturen aufgebaut werden könnte. Eine solche existierte de facto nur für statische Größen wie z.B. die thermodynamischen Potentiale. Für diese war bekannt, daß in nichtabelschen Theorien ab einer gewissen Schleifenordnung eine störungstheoretische Barriere durch selbstwechselwirkende statische magnetische Moden besteht (das Problem der fehlenden ``magnetischen Masse''), und daß in den störungstheoretisch zugänglichen Ordnungen eine Resummation der Störungsreihe (Gell-Mann & Brueckner) notwendig ist. Für dynamische Größen wie die Dispersionsrelationen von Quasiteilchen im Quark-Gluon-Plasma erwiesen sich allerdings alle bis dahin unternommenen Berechnungen über den ersten führenden Term hinaus als inkonsistent [21].

Ein entscheidender Durchbruch gelang jedoch 1990 durch Arbeiten von Pisarski und Braaten & Pisarski, in denen gezeigt wurde, daß nur eine resummierte Störungstheorie, die auf einer nichtlokalen effektiven Theorie beruht, die störungstheoretisch zugänglichen Ordnungen bis zur Barriere der ``magnetischen Masse'' vollständig beschreiben kann. Parallel dazu wurde von mir in Zusammenarbeit mit R. Kobes und G. Kunstatter von der University of Winnipeg (Kanada) der Nachweis erbracht, daß in nichtabelschen Eichtheorien die dynamischen Plasmaparameter auf eichinvariante Weise durch die Singularitäten der an sich eichabhängigen Propagatoren definiert werden können [23,24,30,31].

Die erste wichtigste Bewährungsprobe dieser verbesserten Störungstheorie stellte die Berechnung der Dämpfungskonstante der kollektiven Moden im ultrarelativistischen elektrodynamischen und im quantenchromodynamischen Plasma dar [21,24,27,37]. Ein von R. Baier, G. Kunstatter und D. Schiff aufgezeigtes Problem, nachdem es in den interessierenden Anwendungen zu Obstruktionen der formal nachweisbaren Eichunabhängigkeit kommt, konnte dabei von mir in [38] aufgeklärt und auch gelöst werden.

Eine weitere wichtige Anwendung betrifft die störungstheoretische Bestimmung der nichtabelschen Debye-Abschirmmasse. Obwohl eine statische Größe, konnten auch die Korrekturterme dazu bislang nicht konsistent bestimmt werden. Die Lösung dieses Problems wurde von mir in [44,45] aufgezeigt und in [49,50] im Detail ausgearbeitet, wobei sich ein enger methodischer Zusammenhang zum Phänomen der Plasmondämpfung ergab, der in einer Zusammenarbeit mit F. Flechsig und H. Schulz von der Universität Hannover weiter ausgearbeitet wurde [52].

In einem laufenden Projekt beschäftige ich mich zur Zeit mit F. Flechsig mit einer weiteren Verallgemeinerung der resummierten Störungstheorie von Braaten & Pisarski auf Phänomene mit lichtartigen Impulsen, bei denen es zu einem Zusammenbrechen der existierenden Methoden kommt (z.B. bei der Produktionsrate reeller weicher Photonen aus einem Quark-Gluon-Plasma, wie von R. Baier, S. Peigne und D. Schiff kürzlich gezeigt wurde). Basierend auf einer Lösung analoger Probleme in Abelschen Eichtheorien [47,53] konnten wir in diesem Zusammenhang bereits eine verbesserte, manifest eichinvariante, effektive Theorie für QED und QCD bei hohen Temperaturen auffinden [55], von der wir erwarten, daß sie die Aufstellung einer entsprechend verbesserten und systematischen Störungsreihe für bislang unzugängliche kinematische Regionen erlauben wird.

Eine weitere noch nicht zur Gänze abgeschlossene Linie betrifft eine Neuformulierung von Eichtheorien bei endlicher Temperatur, in der nur die physikalischen Zustände, nicht aber die unphysikalischen und Faddeev-Popov-Moden thermalisiert werden. Diese Arbeiten wurden mit P. V. Landshoff von der University of Cambridge begonnen [39] und auf die resummierte Störungstheorie ausgedehnt [42].

In diesem Zusammenhang sei auch erwähnt, daß eine intensive Zusammenarbeit an den oben angesprochenen Themen mit den führenden europäischen Experten auf dem Gebiet der Quantenfeldtheorie bei endlicher Temperatur über ein von der EU finanziertes HCM-Netzwerk aufgebaut werden konnte, dessen Weiterführung als TMR-Netzwerk angestrebt wird (Partnerinstitute: Univ. Bielefeld, Univ. Regensburg, Univ. Amsterdam, LAPP Annecy, Univ. Cambridge, Imperial College, INLN Nice, LPTHE Orsay/Paris).

Gravitation / Kosmologische Störungen

Ein weiteres wichtiges Anwendungsgebiet von Quantenfeldtheorie bei endlicher Temperatur stellt die Physik des frühen und extrem frühen Universums dar.

Einen der Schwerpunkte meiner Forschungstätigkeiten während der letzten fünf Jahre stellte die Ausdehnung der für die nichtabelschen Eichtheorien entwickelten Methoden auf die Gravitation dar, begonnen mit einer Arbeit, in der erstmals der Hochtemperaturlimes einer gravitationellen dynamischen Green-Funktion berechnet wurde [28]. Dank einer dabei entdeckten konformen Symmetrie ist es möglich, diese Größe in gekrümmten Räumen mit verschwindendem Weyl-Tensor exakt anzugeben, was die mathematische Grundlage dafür bereitete, in selbstkonsistenter Weise kosmologische Störungen der Anisotropie und Homogenität von kosmologischen Modellen mit feldtheoretischen Methoden zu studieren [33].

Dies führte zu einer erschöpfenden Behandlung im Falle eines ultrarelativistischen Plasmas im räumlich flachen Friedmann-Robertson-Walker Modell [34,35,36,46], wobei exakte Lösungen aufgefunden werden konnten, wo bislang nur numerische Ergebnisse bekannt waren. In weiteren Arbeiten wurde dieser Zugang auf schwach selbstwechselwirkende Plasmen ausgedehnt, wobei Resummationsmethoden analog zu denen der Quantenchromodynamik bei hohen Temperaturen entwickelt und bis zur resummierten 2-Schleifen-Ordnung ausgearbeitet wurden [51,54,56,57].

Publication list

  1. A. Rebhan and G. Wirthumer
    On the equivalence of the background field method
    Z. Phys. C28 (1985) 269-275
  2. A. Rebhan
    Momentum subtraction scheme and the background field method in QCD
    Z. Phys. C30 (1986) 309-315
  3. T. Kreuzberger, W. Kummer, O. Piguet, A. Rebhan and M. Schweda
    A simple implementation of Wess-Zumino-like gauges within the superfield technique
    Phys. Lett. 167B (1986) 393-395
  4. M. Kreuzer, O. Piguet, A. Rebhan and M. Schweda
    BPHZL-subtraction scheme and axial gauges
    Phys. Lett. 169B (1986) 221-224
  5. P. Gaigg, O. Piguet, A. Rebhan and M. Schweda
    Extended BRS-symmetry and the axial gauge in pure Yang-Mills theories
    Phys. Lett. B175 (1986) 53-56
  6. M. Kreuzer and A. Rebhan
    Gauge and scheme dependence of threshold effects in spontaneously broken theories
    Z. Phys. C32 (1986) 127-134
  7. A. Rebhan
    The Vilkovisky-DeWitt effective action and its application to Yang-Mills theories
    Nucl. Phys. B288 (1987) 832-857
  8. A. Rebhan, R. Di Stefano and M. Kreuzer
    Hamilton-Dirac formulation of supersymmetric Yang-Mills theories
    in ``Recent developments in mathematical physics'', eds. H. Mitter and L. Pittner, Springer Verlag (1987) 291-295
  9. R. Di Stefano, M. Kreuzer and A. Rebhan
    On the canonical formulation of supersymmetric Yang-Mills theories
    Mod. Phys. Lett. A2 (1987) 487-497
  10. A. Rebhan
    Feynman rules and S-matrix equivalence of the Vilkovisky-DeWitt effective action
    Nucl. Phys. B298 (1988) 726-740
  11. A. Rebhan and U. Kraemmer
    On the harmonic gauge in the quantization of strings
    Phys. Lett. B196 (1987) 477-480
  12. A. Rebhan
    The Vilkovisky-DeWitt effective action beyond one loop
    in ``Field theory in two dimensions and related topics'', eds. G. Kunstatter, H.C. Lee, F.C. Khanna and H. Umezawa, World Scientific (Singapore 1988) 277-292
  13. D. Liko and A. Rebhan
    Background field planar gauge without Nielsen-Kallosh ghosts
    Phys. Lett. B207 (1988) 49-52
  14. A. Rebhan
    A new anti-BRS symmetry of Yang-Mills theories in the axial gauge
    Nuovo Cimento A100 (1988) 713-722
  15. A. Rebhan
    Gauge independent perturbation theory for Yang-Mills theories: Vilkovisky-DeWitt effective action vs. S-matrix
    in ''TeV Physics'', eds. G. Domokos and S. Kovesi-Domokos, Proceedings of the 12th Johns Hopkins Workshop 1988, World Scientific (Singapore 1988) 111-126
  16. U. Kraemmer and A. Rebhan
    String world-sheet anomalies in non-conformal gauges
    Nucl. Phys. B315 (1989) 717-739
  17. M. Kreuzer, W. Kummer and A. Rebhan
    Gauge independent methods for threshold corrections in grand unification
    Z. Phys. C44 (1989) 479-491
  18. H. Nachbagauer, U. Kraemmer and A. Rebhan
    Gauge dependences of the covariant effective action in QED
    J. Math. Phys. 30 (1989) 1635-1639
  19. A. Rebhan
    Restrictions on the applicability of zeta-function regularization in gauge theories
    Phys. Rev. D39 (1989) 3101-3109
  20. A. Rebhan, U. Kraemmer and R. Knienider
    Regularization of two-dimensional quantum gravity
    Phys. Rev. D39 (1989) 3625-3629
  21. U. Kraemmer, M. Kreuzer and A. Rebhan
    QCD plasma parameters from the S-matrix
    Ann. Phys. (N.Y.) 201 (1990) 223-240
  22. U. Kraemmer and A. Rebhan
    Anomalous anomalies in the Carlip-Kallosh quantization of the Green-Schwarz
    superstring

    Phys. Lett. B236 (1990) 255-261
  23. R. Kobes, G. Kunstatter and A. Rebhan
    QCD plasma parameters and the gauge dependent gluon propagator
    Phys. Rev. Lett. 64 (1990) 2992-2995
  24. U. Kraemmer, M. Kreuzer, A. Rebhan and H. Schulz
    Towards a consistent calculation of the QCD plasmon damping constant
    Lecture Notes in Physics 361 (1990) 285-295
  25. U. Kraemmer and A. Rebhan
    Imperfect anomaly cancellation in the semi-covariant quantization of the Green-Schwarz superstring
    Proceedings of the 23rd Int. Symposium on the Theory of Elementary Particles in Ahrenshoop (GDR), 9 - 13 October 1989, H.J. Kaiser (ed.), pp. 215-224
  26. C.M. Bender and A. Rebhan
    Hot delta expansion
    Phys. Rev. D41 (1990) 3269-3272
  27. M. Kreuzer, A. Rebhan and H. Schulz
    Resummed high temperature expansion for QCD
    Phys. Lett. B244 (1990) 58-62
  28. A. Rebhan
    Collective behaviour and instabilities in perturbative quantum gravity at non-zero temperature
    Nucl. Phys. B351 (1991) 706-734
  29. A. Rebhan
    Gauge independence of plasma parameters in thermal gauge theories
    in ``Thermal Field Theories'', Proceedings of the 2nd Workshop on Thermal Field Theories and their Applications, Tsukuba, Japan, 23-27 July 1990, eds. H. Ezawa, T. Arimitsu and Y. Hashimoto, North-Holland Delta Series, (Amsterdam 1991) pp. 391-405
  30. R. Kobes, G. Kunstatter and A. Rebhan
    Gauge (in-)dependence of the gluon propagator poles and QCD plasma parameters
    Proceedings of the 25th International Conference on High Energy Physics, 2-8 August 1990, Singapore, Vol. I, K.K. Phua and Y. Yamaguchi (eds.), World Sci. Publ. (Singapore, 1991) pp. 414-416
  31. R. Kobes, G. Kunstatter and A. Rebhan
    Gauge dependence identities and their application at finite temperature
    Nucl. Phys. B355 (1991) 1-37
  32. M. Leblanc, D.G.C. McKeon, A. Rebhan and T.N. Sherry
    Quantization of the Freedman-Townsend model of massive vector mesons
    Mod. Phys. Lett. A6 (1991) 3359-3363
  33. U. Kraemmer and A. Rebhan
    Self-consistent cosmological perturbations from thermal field theory
    Phys. Rev. Lett. 67 (1991) 793-796
  34. A. Rebhan
    Analytical solutions for cosmological perturbations with relativistic collisionless matter
    Nucl. Phys. B368 (1992) 479-508
  35. A. Rebhan
    Large-scale rotational perturbations of a Friedmann universe with collisionless matter and primordial magnetic fields
    Astrophys. J. 392 (1992) 385-393
  36. A. Rebhan
    Gauge-invariant cosmological perturbations with collisionless matter from thermal field theory
    in Proceedings of the 10th Seminar on Relativistic Astrophysics and Gravitation, Potsdam, Germany, 20-26 October 1991, eds. S. Gottlöber, J.P. Mücket, and V. Müller, World Sci. (Singapore, 1992) pp. 137-141
  37. A. Rebhan
    Comment on ``Damping of energetic gluons and quarks in high-temperature QCD''
    Phys. Rev. D46 (1992) 482-483
  38. A. Rebhan
    Comment on ``High temperature fermion propagator -- Resummation and gauge dependence of the damping rate''
    Phys. Rev. D46 (1992) 4779-4781
  39. P.V. Landshoff and A. Rebhan
    Covariant gauges at finite temperature
    Nucl. Phys. B383 (1992) 607-621
  40. D.G.C. McKeon and A. Rebhan
    Thermal Green's functions from quantum mechanical path integrals
    Phys. Rev. D47 (1993) 5487-5493
  41. D.G.C. McKeon and A. Rebhan
    Loop diagrams without gamma matrices
    Phys. Rev. D48 (1993) 2891-2896
  42. P.V. Landshoff and A. Rebhan
    Thermalisation of longitudinal gluons
    Nucl. Phys. B410 (1993) 23-36
  43. D.G.C. McKeon and A.K.Rebhan
    Thermal Green's functions from quantum mechanical path integrals. II: Inclusion of fermions
    Phys. Rev. D49 (1994) 1047-1053
  44. A.K.Rebhan
    Nonabelian Debye mass at next-to-leading order
    Phys. Rev. D48 (1993) R3967-3970
  45. A.K.Rebhan
    Gauge-independent extraction of the next-to-leading-order Debye mass from the gluon propagator
    in Proceedings of the BANFF/CAP Workshop on Thermal Field Theory, eds. F.C. Khanna, R. Kobes, G. Kunstatter, and H. Umezawa (World Sci. Publ., Singapore 1994) pp. 469-476
  46. A.K.Rebhan and D.J. Schwarz
    Kinetic vs. thermal-field-theory approach to cosmological perturbations
    Phys. Rev. D50 (1994) 2541-2559
  47. U. Kraemmer, A.K.Rebhan and H. Schulz
    Resummations in hot scalar electrodynamics
    Ann. Phys. (NY) 238 (1995) 286-331
  48. A.K.Rebhan
    Next-to-leading order Debye screening in spontaneously broken gauge theories
    in ``Electroweak Physics and the Early Universe'', Proceedings of a Nato Advanced Research Workshop held March 23-25, 1994 in Sintra, Portugal, eds. J. C. Romão and F. Freire (Plenum Publ. Comp., New York, 1995) pp. 397-400
  49. A.K.Rebhan
    Infrared sensitivity of nonabelian Debye screening
    in ``Proceedings of the Workshop on Quantum Infrared Physics'', The American University of Paris 6-10 June 1994, eds. H. M. Fried and B. Müller (World Sci., Singapore, 1995) pp. 116-120
  50. A.K.Rebhan
    Nonabelian Debye screening in one-loop resummed perturbation theory
    Nucl. Phys. B430 (1994) 319-342
  51. H. Nachbagauer, A.K.Rebhan and D.J. Schwarz
    Effects of weak self-interactions in a relativistic plasma on cosmological perturbations
    Phys. Rev. D51 (1995) R2504-2508
  52. F. Flechsig, A.K.Rebhan and H. Schulz
    The infrared sensitivity of screening and damping in a quark-gluon plasma
    Phys. Rev. D52 (1995) 2994-3002
  53. U. Kraemmer, A. Rebhan and H. Schulz
    Hot scalar electrodynamics as a toy model for hot QCD
    DESY-Report 95-091, to appear in Int. J. Mod. Phys. A
  54. H. Nachbagauer, A.K.Rebhan and D.J. Schwarz
    The gravitational polarization tensor of thermal lambda-phi-4 theory
    Phys. Rev. D53 (1996) 882-890
  55. F. Flechsig and A.K.Rebhan
    Improved hard-thermal-loop effective action for hot QED and QCD
    Nucl. Phys. B464 (1996) 279-297
  56. A.K.Rebhan
    Quantum field theory at finite temperature and cosmological perturbations
    DESY-Report 95-190, to appear in the Proceedings of the 3rd Workshop on Quantum Field Theory under the Influence of External Conditions, Leipzig, Germany, 18-22 September, 1995 (Teubner-Verlag, Stuttgart)
  57. H. Nachbagauer, A.K.Rebhan and D.J. Schwarz
    The dynamics of cosmological perturbations in thermal lambda-phi-4 theory
    DESY 95-191, ENSLAPP-A-547/95, TUW-95-19
    Phys. Rev. D (in print: scheduled for 15 May 1996, Volume 53, Issue 10)

Anton Rebhan, 3. Mai 1996

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The translation was initiated by Anton Rebhan on Fri May 3 13:40:24 GMT+0200 1996


Anton Rebhan
Fri May 3 13:40:24 GMT+0200 1996